WO2004025341A1 - Printed circuit board comprising electrical conductor paths and means for electro-optical and/or opto-electrical conversion - Google Patents

Printed circuit board comprising electrical conductor paths and means for electro-optical and/or opto-electrical conversion Download PDF

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WO2004025341A1
WO2004025341A1 PCT/DE2003/002729 DE0302729W WO2004025341A1 WO 2004025341 A1 WO2004025341 A1 WO 2004025341A1 DE 0302729 W DE0302729 W DE 0302729W WO 2004025341 A1 WO2004025341 A1 WO 2004025341A1
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electrical
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Jörg RÖSCH
Frank Peter Schiefelbein
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G02B6/24—Coupling light guides
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    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4214—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device

Definitions

  • the invention relates to a printed circuit board according to the preamble of claim 1.
  • the performance of the processors can only be used • if the external connections enable the transmission and processing, such as switching, multiplexing and demultiplexing of these high frequencies.
  • optical components are increasingly being used for transmission.
  • the optical technology avoids electrical problems. So far, these optical components have been attached to printed circuit boards.
  • the optical components are connected using optical fibers.
  • the optical fibers of one or more circuit boards are through Splicing or optical connectors connected together. They often lead to other discrete components. These structures avoid electrical problems, but are relatively complex to construct and cost-intensive.
  • the object of the present invention is to demonstrate a simple connection technique for optical components.
  • optical circuits can also be integrated and the power supply to optical components or the control of optical components can be implemented by means of electrical circuits on a printed circuit board.
  • the optical conductor tracks or connections are designed as optical waveguides. This has the advantage of particularly low-loss and low-distortion connections.
  • the circuit board is designed as a multilayer board, i.e. it consists of several
  • a layer can contain electrical or optical connections. Mixed forms are also possible.
  • the layers of electrical and optical connections or conductor tracks do not have to be alternating. It can also be several layers of one type, which in turn lie over several layers of the other type.
  • the inner conductor tracks can be reached through orthogonal accesses with respect to the level of the conductor tracks. Likewise, the conductor tracks can be designed to be led out laterally.
  • the use of a multilayer circuit board has the advantage that complex electrical and optical circuits can be integrated on a circuit board.
  • the optical components or components are integrated in the circuit board.
  • integrated optics are possible. That For example, micro-electrical-mechanical systems, or MEMS for short, are integrated, which optionally emit an optical signal at one of two outputs. This allows the advantages of integrated optics to be combined with the advantages of electronics on the circuit board.
  • linear and nonlinear optical effects can advantageously be integrated on a circuit board.
  • Figure 1 is a schematic representation of a circuit board with an electrical and an optical level and an electro-optical component.
  • Figure 2 shows an embodiment with a multilayer board.
  • Figure 3 shows another embodiment with a multilayer board that carries optical signals of different wavelengths.
  • X Figure 4 shows a detail for an embodiment of an optical layer in a perspective cross-sectional view.
  • Figure 5 is a block diagram of an add / drop multiplexer.
  • FIG. 6 shows an internal structure of the add / drop multiplexer according to FIG. 5.
  • Figure 1 shows a circuit board LP.
  • This consists of a base layer 1, an optical layer 2, which has an optical conductor track 3, for example an optical waveguide, an electrical layer 4, which is electrically insulating and has electrically conductive conductor tracks 5.
  • An electro-optical component 6 is connected to the electrical conductor tracks and is arranged on a connection opening 7 to the optical layer 2.
  • the optical side of the electro-optical component 6 is optically effectively connected to the optical conductor track 3 by means of an optical coupling element 8, for example a mirror or a micro-electrical-mechanical system, abbreviated MEMS.
  • MEMS micro-electrical-mechanical system
  • FIG. 2 shows an analogous representation to Figure 1, with the difference that further layers are shown.
  • FIG. 2 shows two optical layers 2 and two electrical layers or levels 4 with conductor tracks (not shown), a connection opening 7 and an optical coupling element 8.
  • the arrow 9, which leads from the optical conductor track 3 to the optical coupling element 8, and the arrow 10, which leads outward from the optical coupling element 8, schematically shows the path of an optical signal that is coupled in or out.
  • FIG. 3 shows, analogously to FIG. 2, a circuit board with several layers, for example a multilayer board or multilayer circuit board.
  • the optical Layers transmit different optical signals, for example different wavelengths.
  • FIG. 4 shows a section of an embodiment of the optical layer 2. It consists of a first partial layer T1 with a first refractive index n1. A second sub-layer T2 with a second refractive index n2 is arranged above it. This has a light-conducting or light-wave-conducting cross-sectional profile, in the example this is an elevated rectangular channel. A further partial layer 3 with a third refractive index n3 is arranged on the partial layer 2.
  • the refractive index of the middle sub-layer T2 must be greater than that of the lower and upper sub-layers Tl and T3, i.e. the condition n2> nl and n2> n3 must be fulfilled.
  • deviating refractive index ratios are also conceivable.
  • the rectangular channel of the sub-layer 2 acts as an optical conductor.
  • FIG. 5 shows a block diagram of an add / drop multiplexer.
  • a wavelength multiplex signal WDM is fed to input E. This consists of several independent optical signals that are transported on different wavelengths.
  • the signal of one wavelength can be routed to the outside - the so-called drop side - and taken from the respective output Dl ... Dn.
  • a signal of an unused or outward channel of the wavelength division multiplex signal can be added. This is done on the Add page at the respective input AI ... An.
  • a correspondingly changed wavelength division multiplex signal WDM is output at output Z.
  • the wavelength division multiplex signal WDM is fed to a demultiplexer DEMUX. This divides the supplied signal into several partial signals according to the number of channels. A channel is shown in the illustration. This
  • Partial signal is fed to a first optical filter FI1, which forwards a filtered signal to an add / drop device ADE.
  • a first optical filter FI1 which forwards a filtered signal to an add / drop device ADE.
  • This can be implemented, for example, as a micro-electrical-mechanical system, or MEMS for short.
  • the signal coupled in or out can optionally be amplified by means of amplifiers VI and V2.
  • This arrangement is usually constructed discretely. It can be advantageously integrated by using the circuit board according to the invention.
  • the demultiplexers, filters, micro-electrical-mechanical systems, amplifiers and multiplexers can be integrated on a circuit board together with the control electronics or further processing electronics.
  • electro-optical, optical-electrical or optical means which comprise passive and active functions and are based on organic and / or inorganic materials, micro-electrical-mechanical systems, MEMS for short, optical filters such as gain flatness filters and tilt filters, optical switches, optical amplifiers, such as erbium or other rare earths, doped fiber amplifiers or semiconductor laser amplifiers, laser diodes, photodiodes, arrayed waveguide grating, AWGs for short, branches or taps, optical modulators, such as mach Zehnder modulators or electrical
  • Absorption modulators and other means of this type include.
  • electro-optical means such as laser diodes, refractive index-changing components, optical amplifiers, optical switches, and optical-electrical means, such as photodiodes
  • passive such as switching, damping, and active
  • active such as amplifying , non-linear effects, functions
  • polymer can be used instead of glass, silicon oxide or silicon dioxide for the optical conductor tracks.
  • Optical amplifiers such as erbium-doped fiber amplifiers, EDFA for short, erbium-doped waveguide amplifiers, EDWA for short, semiconductor laser amplifiers or semiconductor optical amplifiers, SOA for short, consist of several components such as monitor photodiodes, pump lasers, filters and fiber splices.
  • Optical amplifiers can advantageously be integrated by using the circuit board according to the invention.
  • the multilayer board comes with optical and electrical
  • Optical waveguides and suitable optical switches are introduced into the optical layers, which consist of thin glass or polymers and optionally have dopings, for example with erbium, which enable the optical signal to be coupled in and out.
  • Optical signals that are fed in or out can be fed to a fiber connector or a fiber connector strip, which is arranged on, in, on or near the printed circuit board.
  • the electrical and optical contacts or connecting elements of the printed circuit board can be combined or designed individually. Three-dimensional optical structures can also be integrated into the circuit board.
  • the optical signal can be passed on from one layer to another layer and can supply various means, components or components.
  • optical signals can be bundled or separated in integrated multiplexers, demultiplexers, splitters, tap couplers.
  • the optical layer can by
  • Doping optical amplifiers can be realized that compensate for losses or bring about an adaptation of the light signal.
  • the electrical layers take over the power supply, monitoring and control of the electrical, electronic, electro-optical, optical-electrical and optical components.
  • circuit boards according to the invention can not only be used in data and telecommunications technology, but also, for example, in automotive technology, medical technology, power plant technology, etc.
  • the advantages mentioned and the advantages resulting from the optical integration include, in addition to the reduction in the overall dimensions and the improved repeatability in production, the following.
  • An integrated solution in the circuit carrier or the printed circuit board is possible instead of individual components.
  • An integrated arrangement generally requires smaller electrical field dimensions, ie less energy, which in turn means fewer disturbances, such as due to electromagnetic incompatibility, or EMC for short.
  • EMC electromagnetic incompatibility
  • a circuit board can contain a complete optical add / drop multiplexer.

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Abstract

The invention relates to a printed circuit board comprising electrical conductor paths, said printed circuit board also being provided with optical conductor paths. Furthermore, electro-optical or opto-electrical means are provided on or in the printed circuit board.

Description

Beschreibungdescription
Leiterplatte mit elektrischen Leiterbahnen und Mitteln zur elektro-optischen und/oder optisch-elektrischen WandlungPrinted circuit board with electrical conductor tracks and means for electro-optical and / or optical-electrical conversion
Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a printed circuit board according to the preamble of claim 1.
Durch die zunehmende Miniaturisierung der Elektronik erfolgt eine Steigerung der Leistungsfähigkeit elektronischer Komponenten, Baugruppen und Systeme. Im Bereich der Datenverarbeitung und Datenübertragung, sowie der Telekommunikation, kommt dies durch ein Anwachsen der Takt-, und Datenraten zum Ausdruck. In Fachkreisen wird davon ausgegangen das die Taktfre- quenz von Prozessoren von etwa 1 GHz im Jahre 1999 auf über 10 GHz im den Jahren 2012/2014 anwachsen wird.The increasing miniaturization of electronics increases the performance of electronic components, assemblies and systems. In the field of data processing and data transmission, as well as telecommunications, this is expressed by an increase in the clock and data rates. Experts assume that the clock frequency of processors will increase from around 1 GHz in 1999 to over 10 GHz in 2012/2014.
Das Leistungsvermögen der Prozessoren kann nur genutzt wer- • den, wenn die externen Verbindungen die Übertragung und die Verarbeitung, wie das Schalten, Multiplexen und Demultiplexen dieser hohen Frequenzen ermöglichen.The performance of the processors can only be used • if the external connections enable the transmission and processing, such as switching, multiplexing and demultiplexing of these high frequencies.
Auf Grund von Übersprechen, Reflexionen und Leitungsverlusten wird mit zunehmender Frequenz die Anforderung an die elektrische Aufbau- und Verbindungstechnik immer kritischer. Aufgrund unzureichender Verbindungstechnik kann das Potential von Prozessoren oft nicht genutzt werden.Due to crosstalk, reflections and line losses, the requirements for the electrical assembly and connection technology become more and more critical with increasing frequency. Due to insufficient connection technology, the potential of processors can often not be used.
Neue elektrische Lösungen und Konzepte für dieses Problem sind mit hohen Kosten verbunden.New electrical solutions and concepts for this problem are associated with high costs.
Als Alternative werden zunehmend optische Komponenten bzw. Bauelemente zur Übertragung verwendet. Durch die optische Technik vermeidet man elektrische Probleme. Bisher wurden diese optischen Komponenten bzw. Bauelemente auf Leiterplatten befestigt. Dabei werden die optischen Kom- ponenten mittels Lichtwellenleiter verbunden. Die Lichtwellenleiter einer oder mehrerer Leiterplatten sind dabei durch Verspleißen oder optische Stecker miteinander verbunden. Oft führen sie zu anderen diskret aufgebauten Baugruppen. Diese Aufbauten vermeiden elektrische Probleme, sind aber relativ aufwendig aufzubauen und kostenintensiv.As an alternative, optical components are increasingly being used for transmission. The optical technology avoids electrical problems. So far, these optical components have been attached to printed circuit boards. The optical components are connected using optical fibers. The optical fibers of one or more circuit boards are through Splicing or optical connectors connected together. They often lead to other discrete components. These structures avoid electrical problems, but are relatively complex to construct and cost-intensive.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Verbindungstechnik für optische Komponenten aufzuzeigen.The object of the present invention is to demonstrate a simple connection technique for optical components.
Diese Aufgabe wird durch die Leiterplatte nach Anspruch 1 ge- löst.This object is achieved by the printed circuit board according to claim 1.
Durch die Integration von elektrischen und optischen Verbindungen bzw. Leiterbahnen auf einer Leiterplatte, lassen sich einfach optische Komponenten bzw. Bauelemente elektri- scher Schaltungen miteinander verbinden. Ebenso lassen sich optische Schaltungen integrieren und die Stromversorgung optischer Komponenten bzw. die Ansteuerung optischer Komponenten durch elektrische Schaltungen auf einer Leiterplatte realisieren.The integration of electrical and optical connections or conductor tracks on a circuit board makes it easy to connect optical components or components of electrical circuits to one another. Optical circuits can also be integrated and the power supply to optical components or the control of optical components can be implemented by means of electrical circuits on a printed circuit board.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
In einer Ausgestaltung sind die optischen Leiterbahnen bzw. Verbindungen als optische Wellenleiter ausgeführt. Dies hat den Vorteil besonders dämpfungs- und verzerrungsarmer Verbindungen .In one configuration, the optical conductor tracks or connections are designed as optical waveguides. This has the advantage of particularly low-loss and low-distortion connections.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Leiterplatte als Mul- tilayerplatine ausgeführt, d.h. sie besteht aus mehrerenIn a further embodiment, the circuit board is designed as a multilayer board, i.e. it consists of several
Schichten. Eine Schicht kann jeweils elektrische oder optische Verbindungen enthalten. Auch Mischformen sind möglich. Die Schichten elektrischer und optischer Verbindungen bzw. Leiterbahnen müssen nicht alternierend sein. Es können auch mehrere Schichten einer Art sein, die wiederum über mehreren Schichten der anderen Art liegen. Dabei sind die inneren Leiterbahnen durch, in Bezug auf die Ebene der Leiterbahnen, orthogonale Zugänge erreichbar. Ebenso können die Leiterbahnen seitlich herausgeführt ausgestaltet sein. Die Verwendung einer Multilayerleiterplatte hat den Vorteil, dass sich komplexe elektrische und optische Schaltungen auf einer Leiterplatte integrieren lassen.Layers. A layer can contain electrical or optical connections. Mixed forms are also possible. The layers of electrical and optical connections or conductor tracks do not have to be alternating. It can also be several layers of one type, which in turn lie over several layers of the other type. The inner conductor tracks can be reached through orthogonal accesses with respect to the level of the conductor tracks. Likewise, the conductor tracks can be designed to be led out laterally. The use of a multilayer circuit board has the advantage that complex electrical and optical circuits can be integrated on a circuit board.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die optischen Kom- ponenten bzw. Bauteile in der Leiterplatte integriert. Dies hat den Vorteil, dass eine integrierte Optik möglich ist. D.h. es sind beispielsweise mikro-electrical-mechanicäl- systems, kurz MEMS, integriert, die wahlweise ein optisches Signal an einem von zwei Ausgängen abgeben. Dadurch lassen sich die Vorteile der integrierten Optik mit den Vorteilen der Elektronik auf der Leiterplatte kombinieren.In one embodiment of the invention, the optical components or components are integrated in the circuit board. This has the advantage that integrated optics are possible. That For example, micro-electrical-mechanical systems, or MEMS for short, are integrated, which optionally emit an optical signal at one of two outputs. This allows the advantages of integrated optics to be combined with the advantages of electronics on the circuit board.
Durch Dotierungen der optischen Leiterbahnen lassen sich lineare und nichtlineare optische Effekte vorteilhaft in- tegriert auf einer Leiterplatte realisieren.By doping the optical conductor tracks, linear and nonlinear optical effects can advantageously be integrated on a circuit board.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below.
Dabei zeigen:Show:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Leiterplatte mit einer elektrischen und einer optischen Ebene und einem e- lektro-optischen Bauelement.Figure 1 is a schematic representation of a circuit board with an electrical and an optical level and an electro-optical component.
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel mit einer Multilayerplatine .Figure 2 shows an embodiment with a multilayer board.
Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Multilayerplatine, die optische Signale unterschiedlicher Wellenlängen führt. X Figur 4 einen Ausschnitt für eine Ausführungsform einer optischen Schicht in einer perspektivischen Querschnittsdarstellung.Figure 3 shows another embodiment with a multilayer board that carries optical signals of different wavelengths. X Figure 4 shows a detail for an embodiment of an optical layer in a perspective cross-sectional view.
Figur 5 ein Blockschaltbild eines Add/Drop Multiplexers .Figure 5 is a block diagram of an add / drop multiplexer.
Figur 6 eine interne Struktur des Add/Drop Multiplexers nach Figur 5.FIG. 6 shows an internal structure of the add / drop multiplexer according to FIG. 5.
Figur 1 zeigt eine Leiterplatte LP. Diese besteht aus einer Grundschicht 1, einer optischen Schicht 2, die eine optische Leiterbahn 3 aufweist, beispielsweise ein optischer Wellenleiter, einer elektrischen Schicht 4, die elektrisch isolierend ist und elektrisch leitende Leiterbahnen 5 aufweist. Mit den elektrischen Leiterbahnen ist ein elektro-optisches Bauelement 6 verbunden, das auf einer Verbindungsöffnung 7 zur optischen Schicht 2 angeordnet ist. Die optische Seite des elektro-optischen Bauelements 6 ist mittels eines optischen Kopplungselements 8, beispielsweise einem Spiegel oder mikro- electrical-mechanical-system, kurz MEMS genannt, mit der optischen Leiterbahn 3 optisch wirksam verbunden.Figure 1 shows a circuit board LP. This consists of a base layer 1, an optical layer 2, which has an optical conductor track 3, for example an optical waveguide, an electrical layer 4, which is electrically insulating and has electrically conductive conductor tracks 5. An electro-optical component 6 is connected to the electrical conductor tracks and is arranged on a connection opening 7 to the optical layer 2. The optical side of the electro-optical component 6 is optically effectively connected to the optical conductor track 3 by means of an optical coupling element 8, for example a mirror or a micro-electrical-mechanical system, abbreviated MEMS.
Figur 2 zeigt eine analoge Darstellung zu Figur 1, mit dem Unterschied, daß noch weitere Schichten dargestellt sind. In Figur 2 sind zwei optische Schichten 2 und zwei elektrische Schichen bzw. Ebenen 4 mit nicht dargestellten Leiterbahnen, eine Verbindungsöffnung 7 und ein optisches Kopplungselement 8 dargestellt. Der Pfeil 9, der von der optischen Leiterbahn 3 zum optischen Kopplungselement 8 führt, und der Pfeil 10, der vom optischen Kopplungselement 8 nach außen führt, zeigt schematisch den Pfad eines ein- bzw. ausgekoppelten optischen Signals .Figure 2 shows an analogous representation to Figure 1, with the difference that further layers are shown. FIG. 2 shows two optical layers 2 and two electrical layers or levels 4 with conductor tracks (not shown), a connection opening 7 and an optical coupling element 8. The arrow 9, which leads from the optical conductor track 3 to the optical coupling element 8, and the arrow 10, which leads outward from the optical coupling element 8, schematically shows the path of an optical signal that is coupled in or out.
Figur 3 zeigt analog zu Figur 2 schematisch eine Leiterplatte mit mehreren Schichten, beispielsweise eine Multilayerplatine bzw. Multilayerleiterplatte. Dabei werden in den optischen Schichten verschiedene optische Signale übertragen, beispielsweise unterschiedlicher Wellenlänge.FIG. 3 shows, analogously to FIG. 2, a circuit board with several layers, for example a multilayer board or multilayer circuit board. Thereby, in the optical Layers transmit different optical signals, for example different wavelengths.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt einer Ausführungsform der op- tischen Schicht 2. Dabei besteht diese aus einer ersten Teilschicht Tl mit einer ersten Brechzahl nl. Darüber ist eine zweite Teilschicht T2 mit einer zweiten Brechzahl n2 angeordnet. Diese weist ein lichtleitendes bzw. lichtwellenleitendes Querschnitts-Profil auf, im Beispiel ist dies ein erhöhter rechteckförmiger Kanal. Auf der Teilschicht 2 ist eine weitere Teilschicht 3 mit einer dritten Brechzahl n3 angeordnet. Im allgemeinen uss die Brechzahl der mittleren Teilschicht T2 größer als die der unteren bzw. oberen Teilschicht Tl bzw. T3 sein, d.h. die Bedingung n2>nl und n2>n3 muss erfüllt sein. Aber auch davon abweichende Brechzahlverhältnisse sind denkbar.FIG. 4 shows a section of an embodiment of the optical layer 2. It consists of a first partial layer T1 with a first refractive index n1. A second sub-layer T2 with a second refractive index n2 is arranged above it. This has a light-conducting or light-wave-conducting cross-sectional profile, in the example this is an elevated rectangular channel. A further partial layer 3 with a third refractive index n3 is arranged on the partial layer 2. In general, the refractive index of the middle sub-layer T2 must be greater than that of the lower and upper sub-layers Tl and T3, i.e. the condition n2> nl and n2> n3 must be fulfilled. However, deviating refractive index ratios are also conceivable.
Im Beispiel fungiert der rechteckförmige Kanal der Teilschicht 2 als optischer Leiter.In the example, the rectangular channel of the sub-layer 2 acts as an optical conductor.
In Figur 5 ist ein Blockschaltbild eines Add/Drop-Multi- plexers dargestellt. Dabei wird ein Wellenlängenmultip- lexsignal WDM dem Eingang E zugeführt. Dieses besteht aus mehreren unabhängigen optischen Signalen, die auf unterschiedlichen Wellenlängen transportiert werden. Im Add/Drop Multiplexer kann je nach Schaltzustand das Signal einer Wellenlänge nach außen geführt werden - die sogenannte Drop Seite- und an dem jeweiligen Ausgang Dl ... Dn entnommen werden. Parallel dazu kann ein Signal eines nichtgenutzten oder nach außen geführten Kanals des Wellenlängenmultiplex- signal zugefügt werden. Dies erfolgt auf der Add Seite an dem jeweiligen Eingang AI ... An.FIG. 5 shows a block diagram of an add / drop multiplexer. A wavelength multiplex signal WDM is fed to input E. This consists of several independent optical signals that are transported on different wavelengths. In the add / drop multiplexer, depending on the switching state, the signal of one wavelength can be routed to the outside - the so-called drop side - and taken from the respective output Dl ... Dn. At the same time, a signal of an unused or outward channel of the wavelength division multiplex signal can be added. This is done on the Add page at the respective input AI ... An.
Nach Drop bzw. Add eines Kanals wird ein entsprechend verändertes Wellenlängenmultiplexsignal WDM am Ausgang Z abgegeben.After a channel has been dropped or added, a correspondingly changed wavelength division multiplex signal WDM is output at output Z.
In Figur 6 ist die interne Struktur eines solchen Add/Drop- Multiplexers nach Figur 5 prinzipiell dargestellt. Als erstes wird das Wellenlängenmultiplexsignal WDM einem De- multiplexer DEMUX zugeführt. Dieser teilt das zugeführte Signal entsprechend der Anzahl der Kanäle in mehrere Teilsignale auf. In der Darstellung ist ein Kanal gezeichnet. DiesesThe internal structure of such an add / drop multiplexer according to FIG. 5 is shown in principle in FIG. First, the wavelength division multiplex signal WDM is fed to a demultiplexer DEMUX. This divides the supplied signal into several partial signals according to the number of channels. A channel is shown in the illustration. This
Teilsignal wird einem ersten optischen Filter FI1 zugeführt, der ein gefiltertes Signal an eine Add/Drop-Einrichtung ADE weiterleitet. Diese kann beispielsweise als mikro-electrical- mechanical-system, kurz MEMS, ausgeführt sein. Das aus- bzw. eingekoppelte Signal kann wahlweise mittels der Verstärker VI und V2 verstärkt werden und. wird über einen zweiten Filter FI2 dem Multiplexer MUX zugeführt, der es mit den anderen, nicht dargestellten Kanälen zu einem neuen Multiplexsignal WDMΛ zusammenfasst .Partial signal is fed to a first optical filter FI1, which forwards a filtered signal to an add / drop device ADE. This can be implemented, for example, as a micro-electrical-mechanical system, or MEMS for short. The signal coupled in or out can optionally be amplified by means of amplifiers VI and V2. is fed to the multiplexer MUX via a second filter FI2, which combines it with the other channels, not shown, to form a new multiplex signal WDM Λ .
Diese Anordnung wird üblicherweise diskret aufgebaut. Sie lässt sich durch Anwendung der erfindungsgemäßen Leiterplatte vorteilhaft integrieren. Dabei können die Demultiplexer, Filter, mikro-electrical-mechanical-systems, Verstärker und Mul- tiplexer auf einer Leiterplatte zusammen mit der Steuerelektronik bzw. weiterverarbeitenden Elektronik integriert werden.This arrangement is usually constructed discretely. It can be advantageously integrated by using the circuit board according to the invention. The demultiplexers, filters, micro-electrical-mechanical systems, amplifiers and multiplexers can be integrated on a circuit board together with the control electronics or further processing electronics.
Dadurch entfallen aufwendige Verspleißungen, usw. Die gesamte Anordnung wird kompakter und kostengünstiger.This eliminates the need for complex splices, etc. The entire arrangement becomes more compact and less expensive.
Als elektro-optische, optisch-elektrische bzw. optische Mittel, die passive und aktive Funktionen umfassen und auf organischen und/oder anorganischen Materialien aufgebaut sind, können mikro-elektrische-mechanische-syste e, kurz MEMS, op- tische Filter, wie gain flatness Filter und tilt Filter, optische Schalter, optische Verstärker, wie mit Erbium oder anderen seltenen Erden Dotierte Faserverstärker oder Halbleiterlaserverstärker, Laserdioden, Fotodioden, Arrayed Wavegui- de Grätings, kurz AWGs, Abzweigungen bzw. Taps, optische Mo- dulatoren, wie Mach-Zehnder-Modulatoren oder Elektro-As electro-optical, optical-electrical or optical means, which comprise passive and active functions and are based on organic and / or inorganic materials, micro-electrical-mechanical systems, MEMS for short, optical filters such as gain flatness filters and tilt filters, optical switches, optical amplifiers, such as erbium or other rare earths, doped fiber amplifiers or semiconductor laser amplifiers, laser diodes, photodiodes, arrayed waveguide grating, AWGs for short, branches or taps, optical modulators, such as mach Zehnder modulators or electrical
Absorptions-Modulatoren, und andere Mittel dieser Art umfassen. Durch die Integration von elektro-optischen Mitteln, wie beispielsweise Laserdioden, brechzahlverändernden Komponenten, optischen Verstärkern, optischen Schaltern, und optisch- elektrischen Mittel, wie beispielsweise Fotodioden, in die Leiterplatte, d.h. von passiven, wie schalten, dämpfen, und aktiven, wie verstärken, nichtlinearen Effekten, Funktionen, erreicht man ein kompakten und kostengünstigen Aufbau. Dabei können vorteilhaft anorganische und organische Materialien kombiniert werden, um gewünschte optische oder elektrische Eigenschaften zu erhalten.Absorption modulators, and other means of this type include. Through the integration of electro-optical means, such as laser diodes, refractive index-changing components, optical amplifiers, optical switches, and optical-electrical means, such as photodiodes, into the printed circuit board, ie of passive, such as switching, damping, and active, such as amplifying , non-linear effects, functions, you achieve a compact and inexpensive structure. In this case, inorganic and organic materials can advantageously be combined in order to obtain the desired optical or electrical properties.
Beispielsweise kann anstelle von Glas, Siliziumoxid bzw. Siliziumdioxid für- die optischen Leiterbahnen Polymer einge- setzt werden.For example, polymer can be used instead of glass, silicon oxide or silicon dioxide for the optical conductor tracks.
Optische Verstärker, wie beispielsweise Erbium Dotierte Faser Verstärker, kurz EDFA, Erbium Dotierte Wellenleiter Verstärker, kurz EDWA, Halbleiterlaserverstärker bzw. Semiconductor Optical Amplifier, kurz SOA, bestehen aus mehreren Komponenten wie Monitor-Fotodioden, Pump-Laser, Filter und Faserspleiße. Optische Verstärker lassen sich durch Anwendung der erfindungsgemäßen Leiterplatte vorteilhaft integrieren.Optical amplifiers, such as erbium-doped fiber amplifiers, EDFA for short, erbium-doped waveguide amplifiers, EDWA for short, semiconductor laser amplifiers or semiconductor optical amplifiers, SOA for short, consist of several components such as monitor photodiodes, pump lasers, filters and fiber splices. Optical amplifiers can advantageously be integrated by using the circuit board according to the invention.
Die Multilayerplatine wird mit optischen und elektrischenThe multilayer board comes with optical and electrical
Schichten bzw. Lagen hergestellt. In die optischen Schichten, die aus Dünn-Glas oder Polymeren bestehen und gegebenenfalls Dotierungen aufweisen, beispielsweise mit Erbium, werden optische Wellenleiter und geeignete optische Schalter, wie MEMS, eingebracht, die ein ein- und auskoppeln des optischen Signals ermöglichen. Zu- oder abgeführte optische Signale können einem Faserstecker oder einer Fasersteckerleiste zugeführt werden, die an, in, auf oder bei der Leiterplatte angeordnet ist. Dabei können die elektrischen und optischen Kon- takte bzw. Verbindungselemente der Leiterplatte kombiniert oder einzeln ausgeführt sein. Ebenso können in die Leiterplatte dreidimensionale optische Strukturen integriert werden.Layers or layers produced. Optical waveguides and suitable optical switches, such as MEMS, are introduced into the optical layers, which consist of thin glass or polymers and optionally have dopings, for example with erbium, which enable the optical signal to be coupled in and out. Optical signals that are fed in or out can be fed to a fiber connector or a fiber connector strip, which is arranged on, in, on or near the printed circuit board. The electrical and optical contacts or connecting elements of the printed circuit board can be combined or designed individually. Three-dimensional optical structures can also be integrated into the circuit board.
Mit der Leiterplatte kann das optische Signal von einer Schicht in eine andere Schicht weitergeführt werden und verschieden Mittel, Bauelemente bzw. Komponenten versorgen.With the printed circuit board, the optical signal can be passed on from one layer to another layer and can supply various means, components or components.
Verschiedene optische Signale können in integrierten Mul- tiplexern, Demultiplexern, Splittern, tap-Kopplern gebündelt bzw. getrennt werden. In der optischen Schicht können durchVarious optical signals can be bundled or separated in integrated multiplexers, demultiplexers, splitters, tap couplers. In the optical layer can by
Dotierung optische Verstärker realisiert werden, die Verluste ausgleichen oder eine Anpassung des Lichtsignals bewirken.Doping optical amplifiers can be realized that compensate for losses or bring about an adaptation of the light signal.
Die elektrischen Schichten übernehmen neben den bisherigen Funktionen die Stromversorgung, Überwachung und Ansteuerung der elektrischen, elektronischen, elektro-optischen, optischelektrischen und optischen Bauelemente.In addition to the previous functions, the electrical layers take over the power supply, monitoring and control of the electrical, electronic, electro-optical, optical-electrical and optical components.
Der Hybride Aufbau von Schaltungen, die FlipChip-Montage oder andere Verbindungstechniken sind möglich um Bauelemente zu integrieren.The hybrid construction of circuits, the flip-chip assembly or other connection technologies are possible to integrate components.
Die erfindungsgemäßen Leiterplatten können nicht nur in der Daten- und Telekommunikationstechnik eingesetzt werden, sondern zum Beispiel auch in der Automobiltechnik, Medezintech- nik, Kraftwerkstechnik, usw.The circuit boards according to the invention can not only be used in data and telecommunications technology, but also, for example, in automotive technology, medical technology, power plant technology, etc.
Zu den genannten Vorteilen und den aus der optischen Integration resultierenden Vorteilen zählen neben der Verkleinerung der Gesamtabmessungen und der verbesserten Wieder- holungsgenauigkeiten in der Fertigung die folgenden.The advantages mentioned and the advantages resulting from the optical integration include, in addition to the reduction in the overall dimensions and the improved repeatability in production, the following.
Es ist eine integrierte Lösung im Schaltungsträger bzw. der Leiterplatte anstelle von Einzelkomponenten möglich. Eine integrierte Anordnung benötigt in der Regel kleinere e- lektrische Feldabmessungen, also weniger Energie, was wiederum weniger Störungen, wie durch Elektro-Magnetische Unverträglichkeit, kurz EMV, bedeutet. Der zur genauen Positionierung von faseroptischen Baugruppen verursachte große Arbeitszeitaufwand und die damit verbunden Kosten werden durch die erfindungsgemäße Integration ini- miert, da Faserspleiße entfallen.An integrated solution in the circuit carrier or the printed circuit board is possible instead of individual components. An integrated arrangement generally requires smaller electrical field dimensions, ie less energy, which in turn means fewer disturbances, such as due to electromagnetic incompatibility, or EMC for short. The large amount of work involved in the precise positioning of fiber-optic assemblies and the associated costs are minimized by the integration according to the invention, since fiber splices are eliminated.
Eine Leiterplatte kann einen kompletten optischen Add/Drop Multiplexer enthalten.A circuit board can contain a complete optical add / drop multiplexer.
Es ist eine Möglichkeit für eine kostengünstige Herstellung, Ansteuerung und Integration von optischen Schaltern geschaffen worden. A possibility has been created for inexpensive manufacture, control and integration of optical switches.

Claims

Patentansprüche claims
1. Leiterplatte mit elektrischen Leiterbahnen und Mitteln zur elektro-optischen und/oder optisch-elektrischen Wandlung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie zusätzlich optische Leiterbahnen aufweist.1. Printed circuit board with electrical conductor tracks and means for electro-optical and / or optical-electrical conversion, so that it also has optical conductor tracks.
2. Leiterplatte nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die optischen Leiterbahnen als optische Wellenleiter ausgeführt sind.2. Printed circuit board according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the optical conductor tracks are designed as optical waveguides.
3. Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Leiterplatte als Multilayerplatine mehrere Schichten aufweist, die elektrische und/oder optische Leiterbahnen enthalten.3. Printed circuit board according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the printed circuit board as a multilayer board has several layers which contain electrical and / or optical conductor tracks.
4. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in die Leiterplatte elektro-optische und/oder optischelektrische und/oder optische Mittel integriert sind.4. Printed circuit board according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that electro-optical and / or optical-electrical and / or optical means are integrated in the circuit board.
5. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Mittel passive und aktive optische Funktionen aufweisen5. Printed circuit board according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the means have passive and active optical functions
6. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Leiterplatte und/oder die Mittel organische und/oder anorganische Materialien aufweisen.6. Printed circuit board according to one of the preceding claims, that the circuit board and / or the agent comprise organic and / or inorganic materials.
7. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Mittel mikro-elektrische-mechanische-systeme, optische Filter, optische Schalter, optische Verstärker, Laser- dioden, Fotodioden, Arrayed Waveguide Grätings, Abzweigungen bzw. Taps, optische Modulatoren oder dergleichen umfassen.7. Printed circuit board according to one of the preceding claims, characterized in that the means micro-electrical-mechanical systems, optical filters, optical switches, optical amplifiers, laser diodes, photodiodes, arrayed waveguide grating, branches or taps, optical modulators or the like.
8. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die optischen Leiterbahnen aus Glas, Siliziumoxid, Siliziumdioxid oder Polymer ausgeführt sind und gegebenenfalls Dotierungen enthalten.8. Printed circuit board according to one of the preceding claims, 5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the optical conductor tracks are made of glass, silicon oxide, silicon dioxide or polymer and optionally contain dopants.
L0 9. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die optischen Leiterbahnen drei-dimensionale optische Strukturen aufweisen.L0 9. Printed circuit board according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the optical conductor tracks have three-dimensional optical structures.
15 10. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Leiterplatte optische und/oder elektrische Kontakte / Verbindungselemente aufweist.15 10. Printed circuit board according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the circuit board has optical and / or electrical contacts / connecting elements.
20 11. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Mittel als ein Add-Drop Multiplexer für ein optisches Wellenlängenmultiplexsignal ausgebildet sind. 20 11. Printed circuit board according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that means are designed as an add-drop multiplexer for an optical wavelength division multiplex signal.
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